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CAMINO DE ACCESO REPRESA EL TAMBOLAR.MEMORIA DE INGENIERIA.
Proyecto de CASTAGNINO INGENIERIA
Acceso a Represa Tambolar / Ullum (San Juan)
Estudio y Proyecto.
Comitente: Privado
Camino de alta montaña Catagoria V (DNV) Montaña
Longitud: 50 kilómetros Altitud 800 a 4.200 msnm
Proyecto 2020
MEMORIA TÉCNICA
1. OBJETO
La presente Memoria Técnica se refiere al diseño geométrico e hidráulico del CAMINO DE SERVICIO DE ACCESO A LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA EL TAMBOLAR y contiene el enfoque de los estudios realizados, la recopilación de información de base necesaria que permitió realizar un primer análisis de las posibles variantes, y la puntualización de los criterios, parámetros y normas de diseño que se utilizaron para la elaboración de los diseños.
Asimismo se incluye una descripción somera de las variantes analizadas, y particularmente de las 2 alternativas que se consideraron más apropiadas y que fueron sometidas a análisis y aprobación del cliente previo a la ejecución del relevamiento topográfico.
2. ENFOQUE
El objetivo del proyecto consistió en unir con un camino de ripio, y con un diseño geométrico que no demande grandes movimientos de suelos u obras de arte mayor, el sitio de las futuras obras del aprovechamiento de El Tambolar con la Estación Ullúm, sobre RP54
Actualmente el acceso al sitio El Tambolar se realiza a través de una ruta pavimentada de 140Km. El objetivo de este diseño fue contar con un camino de inferior categoría, con una longitud aproximada del orden de los 50 Km y que haga de camino de servicio de la línea de Alta Tensión, en traza a definir.
Para ello se previó un trazado con pendientes del orden del 8 a 10% como pendientes deseables y con un máximo en distancias cortas que no debía superar el 13%. En lo relativo a la planimetría, se admitieron curvas de radio pequeño para los tramos de topografía montañosa más compleja.
INFORMACIÓN RECOPILADA
Los primeros tanteos de trazado se realizaron sobre imágenes de Google Earth que permiten apreciar la morfología topográfica en forma genérica y estimar las pendientes generales de manera de descartar de antemano trazados o partes de trazados que indudablemente eran inviables.
Se tuvieron en cuenta las alternativas previas que habían sido esbozadas por el cliente o estudios previos.
Se elaboró un modelo digital preliminar del terreno con curvas de nivel que abarcó la totalidad de la región del proyecto lo que permitió analizar alternativas con amplitud. Dicho modelo digital se basó en información satelital.
La imagen siguiente es un fragmento del modelo que se utilizó e ilustra sobre la calidad y características del mismo
Curvas de Nivel con equidistancia de 10 m
CRITERIOS, PARÁMETROS Y NORMAS UTILIZADOS.
El diseño geométrico tuvo como premisa configurar un trazado que, dentro del criterio de ser un diseño económico, sin grandes obras de arte y minimizando el movimiento de suelos, permita la operación de vehículos pesados.
Los parámetros utilizados en el diseño son los siguientes
Radio mínimo. 20 m
Peralte máximo 6%
Ancho de calzada 8 m
Banquina, no aplica.
Talud de terraplén 1,5:1
Contratalud. En suelo 1:1
Contratalud. En roca 4:1
Pendiente máxima deseable 8%
Pendiente máxima absoluta 13%
Velocidad directriz: de 25 a 60 km/h
VARIANTES ANALIZADAS
En la figura siguiente se muestran en planimetría las distintas alternativas de trazado que se consideraron:
• Alternativa 1 - Desde Tambolar en forma directa hasta estación Ullúm
• Alternativa 2 - Desde Tambolar, un tramo de 9 km de camino de Perilagos, y luego hasta estación Ullum
• Alternativa 3 – Desde Tambolar por camino de Perilagos hasta represa Caracoles y luego en dirección a la ciudad de San Juan
La Alternativa 3, comentada más abajo en este informe, fue descartada por razones técnicas, y se mantienen en evaluación las dos primeras, de las cuales se ha preparado el presente Informe.
En la siguiente descripción de los tramos, se han indicado valores de pendientes longitudinales y transversales, a modo indicativo, las que variaron con un ajuste posterior del trazado.
ALTERNATIVA 1
El trazado preliminar de Alternativa 1, de aproximadamente 50 km, comienza en AH Tambolar y se desarrolla en los siguientes tramos:
Tramo 1 - Pr. 0 – 3.200
A partir de progresiva 0 (cota 1.188) Se desarrolla en dirección Nor–Noreste sobre la margen Sur del arroyo de Quebrada El Pedrazal, hasta progresiva 3.200 aproximadamente (cota 1390).
La pendiente longitudinal general del tramo es del orden del 6.5%, y la pendiente máxima ronda el 9% en un tramo de 300 m de longitud (Pr.2.500).
Las pendientes transversales son del orden del 35% aproximadamente.
Tramo 2 - Pr.3.200 – 7.900
A partir de progresiva 3.200 (cota 1.188), el trazado continúa en dirección Este, próximo a la margen Sur del arroyo, hasta progresiva 7.900 (cota 1.745)
La pendiente longitudinal general del tramo es de 7.5%, y la pendiente máxima rondaría el 12% para tramos de 200 a 300 m de longitud (Pr.2.500).
Las pendientes transversales son del 60% aproximadamente.
Tramo 3 - Pr.7.900 –20.500
Desde Pr. 7.900 (cota 1.745) no se puede seguir en proximidades del margen del arroyo, ya que el mismo tiene una pendiente longitudinal mayor a la compatible con el camino, por lo que debe comenzar el faldeo para ganar altura hacia el paso del portezuelo de Pr. 20.600 (cota 2.422).
Las pendientes generales son:
- entre progr. 7.900 y 11.200 pendiente long. 7%,transversal 50%
- entre progr. 11.200 y 17.500, pendiente long. 4%, transversal 50%
- entre progr. 17.500 y 20.500 pendiente Long. 8%, transversal 65%
Tramo 4 - Pr. 20.500 – 30.000
A partir del Portezuelo de Pr.. 20.500 (cota 2.422) comienza el descenso con faldeos, en algunos sectores de pendientes transversales significativas, del orden del 65%
La pendiente longitudinal general es de 7%
Entre progresivas 28.600 y 30.800, las pendientes transversales son del orden del 40%, siendo menores en el resto del tramo.
Tramo 5 – Pr. 30.000 – 50.000
A partir de progresiva 30.000 (cota 1.778) y hasta la finalización del tramo, en proximidades de la Estación Ullúm, RP54, progresiva 50.400 (cota 836), las pendientes longitudinales son del orden del 7 al 5% y las pendientes trasversales entre el 15 y 0%.
ALTENATIVA 2
Tramo 1 – Pr. 0 –7.300
Nace con progresiva 0 (cota 1.135) en el camino del Perilago del Embalse Caracoles, y se desarrolla en dirección Este – Noreste, próximo a la margen Sur del arroyo de la Quebrada La Tordilla, hasta progresiva 7.300 (cota 1.664)
La pendiente longitudinal general es de 7% y las transversales del orden del 40%.
Tramo 2 – Pr.. 7.300 – 11.600
A partir de progresiva 7.300 (cota 1.664), el trazado comienza un faldeo de media ladera, en dirección Sur – Sureste, hasta alcanzar la cota de 2.000 m, sobre el filo de una cadena montañosa, en progresiva 11.600 (cota 2.000).
La pendiente longitudinal general es de 8.4% y las transversales del orden del 50% y en algún sector del orden del 70%.
Tramo 3 – Pr. 11.600 –19.300
A partir de progresiva 11.600 (cota 2.000) el trazado toma dirección Nor - Noreste, hasta progresiva 19.300 (cota 2.135).
Entre progresiva 11.600 y 14.500 (cota 1.855) es un faldeo a media ladera con pendiente longitudinal negativa general del orden de 6.3%, y pendientes transversales del orden 50%, con algunos sectores del 70%.
Desde progresiva 14.500 (cota 1.855), hasta el portezuelo de progresiva 19.300 (cota 2.135) la pendiente longitudinal es positiva del orden del 7% y transversales del orden del 50%.
Como puede observarse, entre progresivas 11.600 y 14.500, la pendiente longitudinal es negativa, para evitar faldeos a mayor altura con pendientes transversales pronunciadas; a partir de progresiva 14.500 la pendiente longitudinal es positiva, para buscar la cota 2.135 en progresiva 19.300. Se estudió una variante a este tramo, para disminuir las pendientes longitudinales.
Tramo 4- Pr. 19.300 – 30.000
A partir del portezuelo de progresiva 19.300 (cota 2.135), con pendiente negativa, siguiendo el arroyo de la Quebrada del cajón, hasta progresiva 30.000.(cota 1.550).
Con algunas revueltas en planimetría, las pendientes longitudinales son del orden del 5 al 7 % y las pendientes transversales del orden del 40% y sectores del 60%.
Tramo 5- Pr. 30.000 – 46.800
A partir de progresiva 30.000 (cota 1.550) las pendientes longitudinales son del orden del 8% hasta progresiva 43.000 (cota 860) y a partir de esta progresiva, las pendientes longitudinales son del orden del 2 al 3% hasta progresiva 46.800 (cota 840), en proximidades de la Estación Ullúm . Las pendientes transversales del tramo, son del orden del 20 a 0%.
ALTERNATIVA 3
En forma preliminar, se vio la posibilidad de un trazado que comprendía los siguientes tramos.
Tramo 1
Por el llamado Camino del Perilago. Desde el Tambolar, en dirección Sur, siguiendo un trazado próximo al embalse de la Represa Caracoles. La mitad de este tramo exige faldeos con pendientes transversales pronunciadas.
Tramo 2
Desde la Represa Caracoles, en dirección Este hacia la ciudad de San Juan, ya sea empalmando con RP12, sobre margen derecha del embalse Presa Punta Negra, o bien por faldeo en izquierda de la misma.
Esta Alternativa 3 fue descartada básicamente por las siguientes razones:
- El trazado se aparta de la traza ideal para un trazado de línea de AT que conectaría la generación de energía en El Tambolar, con la Estación Ullúm, sobre RP54, al Norte de la ciudad de San Juan.
- En la margen Norte de la Represa Caracoles, el cordón montañoso que se debería atravesar en cercanías de las obras de cierre del embalse, además de fuertes pendientes transversales, está compuesto de rocas inestables, que impiden grandes desmontes con el uso de explosivos.
- A continuación de este primer análisis, se procedió a analizar con mayor detalle cada una de las trazas propuestas, para determinar las pendientes longitudinales y transversales y confirmar la viabilidad de cada sector del trazado.
Para ello se trabajó sobre el Modelo Digital del Terreno de origen satelital con curvas de nivel con equidistancia de 10m, y se empleó el Civil 3D que permitió desarrollar el trazado planimétrico, obtener el perfil longitudinal y evaluar y graficar algunos perfiles transversales en las secciones críticas donde se consideró necesario.
En esta etapa se analizaron pequeñas variantes en ambas alternativas estudiadas (Alternativas 1 y 2) con el objetivo de optimizar las pendientes y/o la situación de la obra básica en relación a las características topográficas.
Como resultado de estos estudios, y de común acuerdo con el consorcio, se seleccionó la ALTERNATIVA 2 para elaborar el relevamiento y el diseño definitivo.
3. ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS
INTRODUCCION
El presente informe está basado en los trabajos realizados desde el día 17 de Noviembre al 8 de diciembre de 2019 que consistieron en levantamiento topográfico en la localidad de Ullúm, Provincia de San Juan, República Argentina.
Se realizó el trabajo de fotogrametría (DRONE SOUTH SKY CRUISE FLYME y DJI PHANTOM 4 RTK) y de GPS diferencial (TRIMBLE R-8s), ejecutando el levantamiento topográfico de la traza del camino de servicio de LAT desde la Represa de El Tambolar y la Planta de Paneles Fotovoltaicos de Ullúm, tomando detalles tales como: calles, tubería de agua, estructuras existentes, postes, Ruta Provincial, etc.
Los trabajos de relevamiento topográfico fueron realizados por la empresa GROMA SRL y puede ser usado como base para cualquier tipo de Estudio de Ingeniería y toma de decisiones.
La información y resultados finales de estos pueden ser usados como base para cualquier tipo de Estudio de Ingeniería o afines a realizarse posteriormente.
OBJETIVOS
Dar a conocer los trabajos de campo y de gabinete.
Obtener planos veraces y fidedignos.
Generar los entregables tales como archivos CAD y nube de puntos.
TRABAJOS PRELIMINARES
Consistieron en la recopilación de toda la información posible de la zona a relevar:
IMÁGENES SATELITALES ACTUALIZADAS.
CARTAS TOPOGRÁFICAS DEL IGN.
RELEVAMIENTOS PREVIOS.
INFORMACIÓN WEB DE LA ZONA.
SISTEMA DE COORDENADAS A ADOPTAR.
INFORMACIÓN DE CLIMA.
POSIBILIDADES LOGÍSTICAS.
Las imágenes satelitales utilizadas para la planificación de los vuelos fueron descargadas del Google Earth y Global Mapper.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
A. UBICACIÓN GEOGRÁFICA
El estudio topográfico se ubica entre las coordenadas geográficas al Este de Lat. -31° 22´51”
Long. -68°40´23” y la coordenada al Oeste de Lat. -31°21´41”, Long. -69°00´04”.
B. UBICACIÓN POLÍTICA.
REPÚBLICA ARGENTINA
PROVINCIA DE SAN JUAN
DEPARTAMENTO DE ULLÚM
C. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA
Ullum pertenece a la zona del valle de Ullum y Zonda. Se encuentra rodeado por formaciones precordilleranas, como las lomadas de Las Tapias, las sierras de Talacasto, de la Dehesa y de Villicum por el este y las sierras del Tigre y de la Invernada por el oeste. En la zona sur se halla el tramo del río San Juan que desemboca en el dique de Ullum.
La flora de la región es mayormente xerófila. La fauna incluye especies como liebres, pumas, vizcachas, martinetas, guanacos, pájaros silvestres y pejerreyes.
Además, el departamento alberga al Parque Natural y Paisaje Protegido Loma de Las Tapias. Se trata de una de las áreas protegidas que tiene la provincia y se ubica en la costa noroeste del Embalse de Ullum.
La zona a relevar es mayormente montañosa. De los 42 kilómetros a relevar solo 15 kilómetros son de llanura que se encuentra ubicado al Este y se denomina LLANURA DE MATAGUSANOS. Las zonas montañosas forman parte de las Sierras de Talacasto.
Prácticamente toda la zona montañosa por donde pasa la traza a relevar tiene vegetación escasa y de baja altura del tipo mata. Se encuentra mucha piedra suelta siendo algunas de tamaño considerable provenientes probablemente del empuje de antiguos glaciares ya hoy inexistentes.
D. ACCESO A LA ZONA.
UBICACIÓN GENERAL DE LA TRAZA
A la zona a relevar se accede desde el Este, viniendo del Lago Ullúm, por la Ruta Provincial N°54 que a la fecha se encuentra en construcción. En la planta de paneles fotovoltaicos sale hacia el Oeste una senda que atraviesa todo el Valle Matagusanos y se adentra en las Sierras de Talacasto, las cuales pueden ser recorridas en vehículo hasta el hito denominado El Portal.
UBICACIÓN DE EL PORTAL – ACCESO VEHICULAR DESDE EL ESTE
Desde el Oeste, se puede acceder a la traza desde la Obra de la Represa El Tambolar. Existe una senda abierta por la obra que avanza en cercanía a la traza por un lecho de río hasta el encuentro de otro lecho de río proveniente desde el Norte, en total son unos 9 kilómetros de posibilidad de acceso.
LÍMITE ACCESO POR SENDA DESDE EL TAMBOLAR
Entre El Portal y el fin de la senda realizada por la obra de la represa El Tambolar, solo se puede acceder a pie o con mulas. La posibilidad de realizar este recorrido con vehículos preparados para tal fin deberá tener las precauciones del caso ya que el camino de cornisa desde El Portal es muy estrecho y no consolidado.
E. CLIMATOLOGÍA DE LA ZONA
El clima se distingue por la influencia del lago del dique sobre la temperatura general y por las nevadas ocasionales en la zona de Talacasto.
Es una zona de fuertes vientos, durante los trabajos encontramos un promedio de vientos de 13km/h pero en ocasiones se registraron ráfagas de hasta 45km/h lo que disminuyó considerablemente los tiempos de vuelo.
Las temperaturas oscilaron entre los 30° y 40°. Prácticamente no se registraron lluvias salvo el último día de trabajo en el cual se registró un leve chaparrón que no impidió realizar las tareas.
EQUIPOS Y PERSONAL UTILIZADO
A. EQUIPOS
1 UAV SOUTH SKY CRUISE FLYME
1 DRONE DJI PHANTOM 4 RTK
1 DRONE DJI PHANTOM 4
1 DRONE DJI MATRIX M200
2 RECEPTORES GPS TRIMBLE R8s
2 RECEPTORES GPS KOLIDA
1 RECEPTOR GPS SPECTRA SP60
4 RADIOS DE COMUNICACIÓN
2 NOTEBOOK
1 PC DE ESCRITORIO
2 CAMIONETAS DOBLE CABINA 4X4
1 AUTOMOVIL SEDAN
B. PERSONAL
1 INGENIERO AGRIMENSOR
6 TÉCNICOS GEÓGRAFOS MATEMÁTICOS
2 OPERADORES DE VUELO
UBICACIÓN DE LOS PUNTOS DE APOYO.
Como puntos de apoyo se utilizaron las siguientes bases GPS
Estación Permanente del IGN denominada UNSJ
Estación Permanente del IGN denominada OAFA
Estación Permanente del IGN denominada CSLO
UBICACIÓN DE LAS ESTACIONES PERMANENTES
TRABAJOS DE CAMPO
A. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO CON GPS
Los métodos de levantamiento elegido para la toma de datos mediante GPS son los denominados “stop and go” y “dinámico”.
El método “stop and go” consiste en la toma de datos GPS en un período corto de tiempo durante una travesía, o sea, detengo mi trayecto para tomar datos y prosigo con el desplazamiento. En nuestro caso se establecieron distintos tiempos de registro según la utilidad que le daría a la medición.
Tiempo de 30”. Puntos de verificación del terreno.
Tiempo de 60”. Puntos para ajuste vertical entre PAF.
Tiempo de 90”. Puntos para determinación de PAF.
En lo que respecta a la descripción del método “dinámico” podemos mencionar que consiste en la toma de datos GPS cada un lapso determinado de tiempo. Lo que se ha realizado para esta ocasión es el montaje de un receptor GPS sobre el techo del vehículo y la obtención de datos cada 5” de marcha.
En total para toda la traza se han tomado un total aproximado de 8000 puntos de control tomados directamente con GPS.
En la siguiente imagen vemos registro de datos GPS en modo “dinámico” en color azul y registro en modo “Stop and go” en color verde.
REGISTRO DE DATOS GPS
B. TRABAJOS DE FOTOGRAMETRÍA
Los trabajos de fotogrametría en el campo comprenden varias etapas:
• Trabajos de campo
• Planificación de misión
• Planificación de vuelo
• Análisis de vuelo
TRABAJOS DE CAMPO
Consistió en determinar las posibles zonas de aterrizaje y dirección de vuelo. Una vez definidas las áreas a levantar se procede a ubicar y levantar los puntos de control terrestre de ajuste para los vuelos. Los mismos fueron levantados en postproceso con el GPS diferencial TRIMBLE R-8s a partir de las estaciones permanentes descritas en el punto 7 – UBICACIÓN DE LOS PUNTOS DE APOYO.
Durante la realización de los vuelos se constató que las condiciones meteorológicas y de visibilidad en la zona de trabajo fueran las idóneas para la realización de los trabajos.
Para los vuelos con UAV (dron de ala fija) se decidió realizar vuelos en cuadrícula y para los vuelos con multirrotor se realizaron vuelos longitudinales a la traza con toma de fotografías oblicuas de apoyo.
PLANIFICACIÓN DE LA MISION
En oficina y en el campo se definió la zona de la misión, posteriormente el software calcula el tiempo total de vuelo necesario para cubrir la zona de la misión.
ZONAS PENSADAS DE VUELO
PLANIFICACIÓN DE VUELO
PLAN DE VUELO
Para cada vuelo, el piloto identifica la dirección del viento, la ubicación del lanzamiento y el lugar de aterrizaje, por lo que la duración del vuelo se recalcula en base a las condiciones de campo en el momento del vuelo. A continuación, se completa la lista de comprobaciones previas al vuelo para asegurarse de que el sistema está listo para volar.
Este relevamiento se dividió en dos etapas : En primer lugar se realizaron vuelos con UAV RTK de doble pasada en forma de damero debido a que la existencia de fuertes vientos que suele haber en la zona provoca inclinaciones de la cámara del UAV RTK al no poseer un grimbal que asegure la verticalidad de la cámara por lo que las fotos carecen en algunos momentos del vuelo de la superposición necesarias y los modelos de terreno se ven afectados por esta situación.
El 60% del relevamiento se realizó por este método, el de vuelo con UAV RTK en 6 vuelos.
En segundo lugar, para realizar el 40% restante del relevamiento se resolvió realizarlo con multirotor RTK, sabíamos que los rendimientos por batería eran menores pero considerando que contando con un grimbal que asegure verticalidad de cámara las pasadas con multirrotor RTK podrían realizarse con pasadas simples.
El rendimiento del multirrotor RTK es de 100Ha/batería en 20 minutos de vuelo y el del UAV RTK en doble pasada era de 300Ha/batería en 50 minutos de vuelo, prácticamente el mismo rendimiento.
Otro condicionante fue la cantidad de kilómetros a recorrer a pie con el equipamiento, llevar un multirrotor RTK era mucho más sencillo de trasladar y las recargas de baterías mucho más rápidas.
Por todo lo mencionado, el 40% restante del relevamiento se resolvió en 12 vuelos con multirrotor Phantom 4 RTK.
OPERACIÓN DE VUELO
Después de lanzar el UAV y el multirotor, el vuelo se controla con la estación de control en tierra. No hay intervenciones manuales requeridas a menos que el usuario desee o sea necesario cancelar el vuelo. Después de que los drones aterricen, se completa la lista de verificación posterior al vuelo para transferir los datos al ordenador.
Para dar mayor apoyo al vuelo multirotor, se realizaron vuelos manuales obteniendo fotos oblicuas que permitieron mejorar el resultado del modelo.
ANÁLISIS DE VUELO
Este proceso permite una comprobación íntegra de los datos en el computador. Para la generación del producto final. Se controla que se haya realizado el 100% del vuelo asignado, que no haya habido restricciones, que las fotos obtenidas tengan la calidad suficiente para asegurar el modelo.
TRABAJOS DE GABINETE
POST PROCESO DE IMÁGENES
El post proceso de imágenes digitales consiste en la normalización y corrección de las imágenes brutas captadas por el sensor aerotransportado. Mediante este procedimiento, las imágenes se hacen útiles para su posterior procesamiento.
El software utilizado es el PIX4D.
Los procesos que se siguen para tal fin engloban:
AJUSTE CON PUNTOS DE CONTROL TERRESTRE
Este proceso permite corregir y ajustar las fotografías con los puntos PAF (Puntos de Apoyo Fotogramétrico), puntos de control de terreno natural (stop and go) y puntos de control de terreno natural Dinámicos.
Si bien hemos tomado la decisión de realizar el relevamiento mediante vuelos controlados por RTK, la densificación de puntos de apoyo dispuestas es mucho mayor a las necesarias porque consideramos que las condiciones del terreno así lo exigían.
PRODUCTO FINAL
El producto final es la obtención del MDT (modelo digital del terreno) y nube de puntos.
Estos productos se utilizaron posteriormente con otro software de aplicación a la geo información como el Global Mapper, y también la edición de planimetría de los diferentes detalles existentes en el terreno y la generación de las curvas de nivel con ayuda del software AutoCAD civil.
MODELO PRIMERA ETAPA
MODELO SEGUNDA ETAPA
CONCLUSIONES
Antes de dar lugar a las conclusiones, mencionaremos algunos números en relación con el relevamiento realizado.
18 vuelos realizados.
46 kilómetros de traza relevadas.
2682 fotografías utilizadas.
9823 Hectáreas relevadas.
170 Puntos de ajuste de modelo.
10000 Puntos medidos en forma directa para control.
10 horas de vuelo en total.
11 días de trabajo de campo.
92 millones de puntos obtenidos en el modelo.
9365 puntos por Hectárea relevada.
45 horas de procesamiento de imágenes.
Habiendo mencionado los números del trabajo realizado mencionamos como conclusiones:
Todo el relevamiento se ajustó al sistema GAUSS KRUGER ARGENTINA, en Faja 2, marco de referencia POSGAR 07 – ITRF 2005.
Marco altimétrico IGN modelo geoidal GEOIDE-Arg16.
3 estaciones permanentes utilizadas.
Los productos entregados son nube de puntos en formato LAS y RCP, superficie en formato CAD.
El modelo satisface los puntos medidos con GPS en forma directa.
Se midieron los Puntos Fijos emplazados en la traza.
PANEL FOTOGRÁFICO
4. DISEÑO GEOMETRICO
A efectos de una mayor flexibilidad, tanto para las tareas de diseño como para la etapa constructiva, se ha dividido el proyecto del mencionado camino de Servicio en 6 tramos, de común acuerdo con el consorcio. El siguiente esquema ilustra la ubicación y longitud aproximada de cada uno de los tramos.
En este capítulo se describen los métodos y criterios generales que se utilizaron para el diseño así como los principales lineamientos del proyecto.
En líneas generales se respetaron las Normas de Diseño Geométrico de Caminos Rurales de la Dirección Nacional de Vialidad y los parámetros propuestos por el consorcio en los Términos de Referencia y que son básicamente los siguientes:
- Velocidad de diseño: de 25 a 60 Km/h
- Calzada: ancho normal de 8.00 m, sin banquina y con bordillo lateral de 0,50m de altura en el lado aguas abajo de la ladera para seguridad del tránsito.
- Se prevén sobreanchos de la calzada en curvas para permitir el giro de vehículos pesado, de acuerdo a las normas de la DNV.
- Pendiente transversal de calzada: 2%.
- Peralte máximo: 6%
- Pendiente máxima: 8% deseable y 13% en tramos cortos
- Diámetro mínimo de caño para alcantarillas 1,00m (plano DNV H-10236)
- Período de recurrencia: 5 años
- Pendiente de contratalud en desmonte: 1:1 (suelos) 1:4 (roca)
El perfil tipo de obra básica adoptado responde a los parámetros propuestos por la UTE y se ilustra en la figura siguiente:
Se trata de una calzada enripiada de 8 m de ancho, con un 2% de pendiente transversal. Las pendientes transversales varían de acuerdo con el peralte en curvas horizontales, donde además se previeron sobreanchos de acuerdo a los radios de curva.
En los sectores con terraplenes altos o perfil en media ladera se prevé la construcción de un bordillo de suelo seleccionado de 1 metro de ancho y 0.50 m de altura en el borde de la calzada, para seguridad del tránsito. Este bordillo será interrumpido cada 50 metros, en una longitud de 1 metro, para permitir el escurrimiento de aguas pluviales hacia el lateral de calzada, para evitar la erosión de la misma.
En algunos sectores se ha previsto la construcción de muros y colchonetas para proteger el pie de taludes de creciente extraordinarias, o bien muros para disminuir anchos de terraplenes y desmontes, cuando los mismos se extiendan en forma inconveniente.
La hidráulica se ha resuelto mediante la ubicación de badenes y alcantarillas transversales a la calzada dimensionados en función de las conclusiones del estudio hidráulico que se detalla en el capítulo 5 de esta Memoria.
PARTICULARIDADES DE CADA TRAMO
TRAMO 1
El Tramo 1 se inicia próximo a la Represa El Tambolar y sus progresivas avanzan en sentido Este hacia la Estación Ullúm.
Al inicio del Tramo 1, en coincidencia con el final del Tramo 6, se le asignó la Progresiva 0.00 en coordenadas (E=2500000.712/N=6531345.839), y con un desarrollo total del tramo de 9,57 Km termina en Progresiva 9.572,67, (E=2507212.896 / N=6532158.020) en coincidencia con el inicio del Tramo 2.
La cota en el inicio del tramo es 1.218,26 msnm en progresiva 0.00 y en el final del tramo es de 1.843,08 m. con un desnivel total de 625 m, que implica una pendiente general del tramo del orden del 6.5%, con algunos sectores con pendientes longitudinales del orden del 10%.
Hasta progresiva 1.100 en tramo se desarrolla en margen izquierda de un cauce natural ancho, alejado del mismo y a cota superior, por un sector de pendientes transversales moderadas.
Entre progresivas 1.100 y 4.500 el trazado se desarrolla, siempre sobre el mismo margen, en una zona de mayores pendientes transversales, y aunque más cercano al cauce, se mantiene siempre en faldeo de media ladera con cota superior a la cota de escurrimiento en el cauce.
Desde progresiva 4.500 hasta el final de tramo en progresiva 9.567, el trazado se mantiene sobre margen izquierdo del mismo cauce, siendo de las mismas características del sector anterior, salvo dos puntos que vadea dos cauces transversales en progresivas 4.800 y 7.700.
Planimétricamente el trazado tiene 61 curvas horizontales, en general de radios generosos, con algunas curvas de radios de 40 m o superiores. En Planimetría se indican los datos de cada curva, radios, peralte, sobreancho, etc.
TRAMO 2
El Tramo 2, con progresía de inicio asignada de 10.000, se inicia a partir del Tramo 1 (E=2507212.896 / N=6532158.020), y con un desarrollo total de 8,1 km, en progresiva 18+089.48 empalma con el inicio del Tramo 3 (E2509061.695 / N6535475.999)
La cota de inicio de este tramo es de 1.843 msnm en progresiva 10.000 y en el final del tramo es de 2.414 m. con un desnivel total de 571 m, que implica una pendiente general del tramo del orden del 7.1%, con algunos sectores con pendientes longitudinales del orden del 10,5%.
Los primeros 4 km del trazado se mantienen siempre sobre margen izquierda de un cauce ancho, en general a media ladera y en cota superior al cauce. En progresiva aproximada 14.500, el trazado cruza el cauce al margen opuesta, alejándose del mismo y comenzando la trepada a media ladera hacia la cumbre, de cota 2.415 msnm en progresiva 1.050, casi al finalizar este Tramo 2.
Este tramo tiene 61 curvas horizontales y es topográficamente muy quebrado, con grandes pendientes transversales que en algunos sectores son del 100%, particularmente a partir de progresiva 14.100 (cota 2.100) en que, para trepar hasta cota 2.414, se debieron introducir 3 curvas con giros del orden de los 180 grados. En Planimetría se indican los datos de cada curva, radios, peralte, sobreancho, etc.
TRAMO 3
Este Tramo 3 se inicia a partir del final del Tramo 2, con una progresiva arbitraria designada como Progresiva 20+048.77 (E2509061.695 / N6535475.999) y con un desarrollo total de 11,1 km. En progresiva 31+157.38 empalma con el inicio del Tramo 4 (E2515960.605 / N6533862.343)
La cota de inicio del tramo es 2.414 msnm en progresiva 20.049 y en el final del tramo es de 1.634 m. con un desnivel total de -780 m, que implica una pendiente general del tramo del orden del 7.0%, con algunos sectores con pendientes longitudinales del orden del 10,5%, y con un tramo corto (120m) con pendiente del 11.11%.
Planimétricamente el trazado tiene 76 curvas horizontales, con 2 curvas de radio 20 m., 10 curvas con radios del orden de 30 metros y mayores.
Gran parte del trazado se desarrolla cercano a las márgenes de un cauce natural de ancho significativo, manteniendo la cota de rasante sobre el nivel de la cota de escurrimiento del cauce.
TRAMO 4
El Tramo 4, de 9,8 km de longitud, se inicia al Oeste de la Estación Ullum en progresiva 30.000, (E2515960.605 / N6533862.343), donde finaliza el Tramo 3, y se desarrolla hasta la progresiva 39.843.99, (E=2522559.33/N=6532552.45) ,en coincidencia con el inicio del tramo 5. Al inicio del tramo 5 se le asignó la progresiva 40.000.
La pendiente general del tramo es 4.85% y la máxima de 10.17% en un tramo de aproximadamente 400 metros de longitud.
Gran parte del trazado se desarrolla al borde de cauces naturales, recostado sobre las laderas de los mismos. En algunos tramos se ha previsto la construcción de muros, y colchonetas para proteger el pie de taludes de creciente extraordinarias.
El tramo comprendido entre progresivas 31.600 y 32.000 es sinuoso; con un total de 52 curvas horizontales, tiene dos curvas de 20 metros de radio y dos de 25 metros. En Planimetría se indican los datos de cada curva, radios, peralte, sobreancho, etc.
TRAMO 5
El tramo 5 está ubicado al Oeste de la Estación Ullúm, en una planicie de pendientes suaves en general, cubierta de vegetación rala de arbustos de baja altura.
Dicho Tramo 5, de unos 9.8 km de longitud, se inicia en un punto ubicado al Noroeste de la Estación Ullúm(E=2522559.33/N=6532552.45) con progresiva 40.000, coincidente con el final del Tramo 4 y finaliza al Norte de la Estación Ullúm en progresiva 49.758,48 (E=2530963.83/N=6528704.98).
A partir de ese punto de empalme con el Tramo 4, mediante una curva horizontal de 500 metros de radio, se dirige en dirección sudeste hacia la Estación Ullúm, ubicándose la traza al sur de una zona de pequeños cursos de agua. A partir de progresiva 46.800 tiene una suave inflexión con curva horizontal de 600 metros de radio, y se dirige al Este directamente al Norte de la Estación Ullúm en proximidades de la RP 54.
Las pendientes longitudinales tienen un máximo de 7.57% en un tramo corto y el resto son menores. Las pendientes transversales son suaves. Tiene dos curvas horizontales de 500 m de radio y una curva de 600 m de radio.
La hidráulica se ha resuelto, de la misma manera que en el resto de los tramos, mediante la ubicación de badenes transversales a la calzada y en progresiva 49.000, donde cruza un curso de agua de mayor importancia, se previó un vado de mayor envergadura.
TRAMO 6
Este Tramo 6 corresponde al camino que vincula el campamento previsto en zona de Máquinas y la Represa Tambolar.
Comienza con progresiva 0+131,74 (E2499101.652/N6528071.17)en proximidades del puente a construir, y finaliza en Progr. 3+900 (E=2500000.712/N=6531345.839) donde empalma con el inicio del Tramo 1 del Trazado General Tambolar-Ullum.
Se evaluaron varias alternativas de trazado, adoptando como la más conveniente el trazado propuesto que evita zonas conflictivas o de pendientes fuertes.
El tramo tiene un total de 17 curvas con radios mayores que los mínimos deseables indicados en los TDR (R= 20 m). Hay tres curvas de radio R=75 metros, y el resto de las curvas tiene entre 100 y 300 metros de radio. En Planimetría se indican los datos de cada curva, radios, peralte, sobreancho, etc.
En relación a la altimetría se trazaron rasantes que cumplen los parámetros propuestos en los TDR (Deseable 8%, máximo 13%). La mayor pendiente longitudinal es del 8.17% en un tramo de 100 metros, siendo menores en el resto del trazado.
En los quiebres de pendientes longitudinales se intercalaron curvas verticales de 70 metros de longitud y mayores, cuyos parámetros cumplen ampliamente los valores mínimos fijados en los TDR (Parámetro mínimo 1.000).
5. DISEÑO HIDRÁULICO
En este capítulo se detalla el proyecto de las obras de desagüe del camino.
Se trata de un camino que se desarrolla completamente en zona de montaña, y en general, por trazas cercanas a los cauces naturales menores y arroyos afluentes del Rio San Juan, transitando por zonas ubicadas entre unos 1000 y 2500 msnm.
La traza atraviesa algunos cauces naturales de importancia, pero también una gran cantidad de cañadones o cauces menores que a pesar de la escasa pluviosidad de la zona, en crecida pueden ser potencialmente peligrosos para la estabilidad de la obra vial.
En cada caso, se deberá evaluar la necesidad de colocar obras de cruce, las que se materializarán, según la indicación del comitente, mediante alcantarillas Tipo de la DNV, de caños de acero corrugado, y con diámetro mínimo de 1.00m.
También se ha previsto en varios tramos de la obra, la colocación de colchonetas simples al pie del talud, del lado en que éste queda expuesto a una eventual crecida de cursos naturales paralelos.
En la memoria se detallan los datos obtenidos o generados para el diseño de los desagües pluviales, las metodologías empleadas y los criterios de diseño adoptados en todos los casos.
En parte final, se agrega un punto para cada tramo en los que se ha desarrollado el proyecto, con la síntesis de los datos numéricos y resultados obtenidos en cada caso.
ESTUDIO DE LLUVIAS
Con el objeto de establecer las condiciones de diseño de las obras hidráulicas, se recolectaron datos pluviométricos de distintas estaciones de la Red Hidrológica Nacional, perteneciente a la Secretaría de Infraestructura y Política Hídrica (Ministerio del Interior, Obras Públicas y Vivienda).
De entre las estaciones disponibles, y luego de analizar la extensión y continuidad de los registros, se seleccionó la Estación N° 1208 (Km 47.3) de la Provincia de San Juan, con un registro completo de precipitaciones diarias de 47 años (Serie 1962 – 2008).
La estación se ubica al sur de la zona ene estudio, pero a muy escasa distancia, y a una altura similar a la del promedio de la traza del camino en proyecto, sobre el Rio San Juan y en proximidades de la Presa Caracoles.
En la figura que sigue se muestra la ubicación de la Estación Km. 48.3, con relación a la traza general del camino y la Ciudad de San Juan.
La serie de lluvias permite calcular una precipitación promedio anual de solo 126mm, con una distribución temporal como se indica en el gráfico que sigue:
A. ESTUDIO ESTADÍSTICO DE VALORES EXTREMOS
Con el objeto de determinar la magnitud esperable de precipitaciones diarias de distinta recurrencia, se realizó un estudio estadístico de valores extremos, aplicado a las precipitaciones máximas anuales y empleando la metodología de Gumbel.
La serie de máximas precipitaciones diarias de todo el registro se muestra en la tabla que sigue:
La aplicación de la Metodología de Gumbel mostró una buena calidad del ajuste, según se muestra en el gráfico siguiente:
Adoptando este ajuste, se calcularon las precipitaciones diarias esperables para distintas recurrencias, resultando:
B. CURVAS INTENSIDAD – DURACIÓN - RECURRENCIA
La mayoría de las cuencas involucradas en los cálculos, poseen tiempos de respuesta mucho más cortos que el día.
Por tal motivo, se requiere disponer de datos de precipitaciones esperables para distintas recurrencias, pero para períodos de menor duración.
No contando con datos de precipitaciones de menor duración, se realizó un estudio de precipitaciones intensas de corta duración, empleando una metodología indirecta.
En efecto, si bien se cuentan con datos de precipitaciones diarias en la zona, no se cuenta en cambio con registros de corta duración (banda de pluviógrafo).
La metodología empleada es la desarrollada por el Ing. Rühle, que permite el armado de las ecuaciones I-D-R, a partir del mapa de isohietas de 25 años de recurrencia para lluvias de una hora de duración de la República Argentina y ha sido contrastado en varias oportunidades contra ecuaciones deducidas mediante tratamiento estadístico de los registros de la banda del pluviógrafo con mediciones cada 5 minutos, comprobándose una gran similitud en los resultados.
El método especifica una ley de precipitaciones del tipo:
(Ecuación 1)
donde:
I25 : intensidad en mm/h para una duración t y una recurrencia de 25 años.
a = 31 I25 + 0.023 I252.295
b = 0.82 (constante)
c = 2.29 + 0.023 I251.295
I25 : intensidad horaria para una recurrencia de 25 años.
Para períodos de retorno diferentes a 25 años, el Ing. Rühle propone:
(Ecuación 2)
donde:
I : intensidad de la precipitación en mm/h
T : período de retorno en años
Para aplicar la Intensidad correspondiente a una recurrencia de 25 años se dispone de un mapa de isohietas global para todo el territorio. El mismo, tomado de la publicación original del Ing. F.G.O. Rühle se reproduce a continuación:
(Ecuación 2)
En particular, para la zona de proyecto puede adoptarse un valor de I25 del orden de los 30 mm/h.
Para ajustar este parámetro, se tuvo en cuenta que para la intensidad calculada indirectamente para 24 horas, la precipitación total de 24 horas y para cierta recurrencia, debería ser similar a la precipitación diaria correspondiente.
Aplicando el método de Mínimos Cuadrados, se ajustó el valore de:
I25 = 33.55 mm/h
Con lo que resulta:
a = 1113.03
b = 0.82
c = 4.47
Los valores de intensidad de precipitación (mm/h) para distintas recurrencias y duraciones, calculados según la Ecuación 2, resultan:
Para 1440 minutos (24 horas), la precipitación de recurrencias 2 y 5 años resulta levemente superior a la diaria estimada, lo que nos coloca del lado de la seguridad, adoptándose estas expresiones de la relación I-D-R.
C. HIETOGRAMAS DE DISEÑO
Para el cálculo de caudales, se definieron tormentas de diseño de 5 y 100 años de recurrencia. La primera, para el dimensionado de las obras de cruce, según indicaciones del pliego. La segunda, para la verificación de los posibles efectos erosivos sobre el pie del talud del camino, en todos los casos en que éste se desarrolla paralelo a cursos naturales de magnitud. Esta verificación se hace para una recurrencia extrema, ya que en caso de falla, la misma puede afectar un tramo largo de camino.
Las tormentas de diseño elegidas, son hietogramas de 4 horas de duración total (siempre mayor al tiempo de respuesta de todas las cuencas) y paso de 10 minutos.
Los hietogramas generados mediante el Método de Bloques Alternos, se representan en los siguientes gráficos.
Un solo caso resulta completamente diferente a todas las cuencas y subcuencas del proyecto, y corresponde a la Macro Cuenca V, que incide sobre el Tramo 5 del proyecto.
Su extensión total es del orden de las 100.000 Ha y presenta sectores de muy diversas características por lo que requiere un estudio especial. Según se muestra más adelante, el tiempo de concentración de esta cuenca resulta de unas 15 a 16 horas, por lo que no puede ensayarse con lluvias de 4 horas de duración.
Solo para ese caso, se confeccionó el hietograma de una tormenta de 24 horas, con una precipitación total de 42.2mm (correspondiente a la recurrencia de 5 años), y con una distribución del Tipo I recomendada por el entonces Soil Conservation Service, y provista por el modelo empleado para los cálculos, con el pico de mayor intensidad aproximadamente entre las 9 y 10 horas. La gráfica de precipitación acumulada de este caso particular, se muestra más adelante, juntamente con la descripción del modelo empleado.
DETERMINACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS CUENCAS DE APORTES
A. CUENCAS DE APORTE
Si bien se contó con el relevamiento de la zona de ubicación del camino, las cuencas de aportes a los puntos de cruce suelen ser mucho más externas que la zona cubierta por este relevamiento. Para delimitar estas cuencas, se confeccionó un Modelo Digital del Terreno generado mediante interpretación de imágenes de radar de la Shuttle Radar Topography Mission (Misión SRTM – NASA) con empleo de la herramienta Global Mapper.
Las imágenes permiten entre otras cosas, generar curvas de nivel con distintas equidistancias. Estas curvas de nivel poseen una precisión altimétrica del orden de 1 a 3m, por lo que no pueden considerarse aptas para la elaboración de proyectos ejecutivos. En cambio, son lo suficientemente precisas para determinar cuencas de aportes de gran tamaño como las que nos ocupan, y desniveles generales de terreno.
Se acompañan tres planos generales de cuencas y subcuencas determinadas con el auxilio de estas curvas de nivel y la observación de la imagen satelital (Imágenes BING), superpuesta sobre las trazas georreferenciadas del proyecto.
El Plano N° H-1, “Plano General de Cuencas”, corresponde a las envolventes mayores de las cuencas involucradas con cada tramo. Estas macro cuencas, se requieren para la determinación de caudales con diversos objetivos, lo que incluye el dimensionado de los cruces sobre los cursos principales existentes, o la evaluación de posibles efectos erosivos sobre el talud del camino, en los tramos en que este se desarrolla paralelo a un curso natural importante.
Por ejemplo, la Cuenca N° 1, solo tiene por objeto la determinación del caudal esperable en el cauce del rio, para evaluar (en suma con la Cuenca 2), los riesgos de afectación de la traza del Tramo 6.
La Cuenca N° 2, incluye las subcuencas menores correspondientes a todos los cruces menores de los Tramos 1 y 2 que se mostrarán en planos de cuencas más detallados, pero también, su caudal total debe componerse con el de la Cuenca N° 1 para la evaluación de los riesgos de afectación de la traza del Tramo 6.
La Cuenca N° 3, incluye todas las subcuencas menores del Tramo 3, pero también la cuenca está involucrada en el dimensionado de los cruces sobre el curso principal, y la verificación de los terraplenes del tramo.
Del mismo modo, la Cuenca N° 4, incluye las subcuencas correspondientes a los cruces del cauce principal, y también para la verificación de erosiones del Tramo 4.
La Cuenca N° 5, se requiere solo los efectos de dimensionar las obras de cruce del último tramo, situado casi en el extremo final del proyecto.
Los Planos N° H-2, “Plano de Subcuencas – Tramos 6, 1 y 2”, y N° H3, “Plano de Subcuencas – Tramos 3, 4 y 5”, muestran las subcuencas menores de cada obra de cruce (alcantarillas) de cada tramo, con la numeración asignada a cada cruce, según se muestra en detalle más adelante.
B. CARACTERIZACIÓN DE LAS CUENCAS – MÉTODO DEL CN
Para la caracterización de las cuencas y subcuencas a evaluar, se requiere en primero lugar la determinación de los datos geomorfológicos principales, que incluyen su extensión total (A), la longitud de los recorridos superficiales de los excedentes desde la divisoria hasta la sección de control (L), y el desnivel total entre inicio y fin de estos recorridos (Dh). Estos datos se muestran más adelante para cada cuenca evaluada, en el punto particular del tramo correspondiente.
Pero también para esta caracterización de cada cuenca, se requiere la determinación de su capacidad de retener parte de la precipitación caída, lo cual es determinante para la evaluación de caudales esperables.
El método elegido para evaluar las pérdidas por infiltración y retención de todas las cuencas evaluadas, es el Método del CN o Número de la Curva.
El método permite calcular las precipitaciones netas o efectivas, a partir de la clasificación del terreno según el tipo de suelos que lo componen, y su cobertura vegetal o usos específicos.
El S.C.S. ha generado una metodología para la determinación del Coeficiente CN que define la capacidad del suelo de retener e infiltrar parte de la precipitación. El CN, es un valor adimensional variable aproximadamente entre 25 y 100, que se ha tabulado para cuatro tipos de suelo de distinta capacidad para la infiltración, y para una gran variedad de usos agrícolas y urbanísticos, lo que modifica tal capacidad de infiltración. Los suelos se agrupan en 4 clases, según su composición:
CLASE A: Suelos con alta capacidad de infiltración. Arenas, gravas y loess profundos.
CLASE B: Suelos con capacidad de infiltración moderada. Loess poco profundos, marga arenosa.
CLASE C: Suelos con capacidad de infiltración bajas. Marga arcillosa, marga arenosa poco profunda, suelos de bajo contenido orgánico y suelos generalmente con alto contenido de arcilla.
CLASE D: Suelos con muy baja capacidad de infiltración o en los que el nivel freático está cerca de la superficie. Suelos que aumentan de volumen cuando están mojados, arcillas plásticas pesadas y algunos suelos salinos.
Dentro de cada grupo, el valor de CN varía según el uso agrícola (pastizales naturales, tierra cultivada, cultivos en hileras, parques con césped, bosques, etc.)
Seleccionado el CN, se puede calcular la precipitación neta correspondiente a una precipitación arbitraria, mediante la expresión:
siendo:
P: Precipitación total (mm).
S: Infiltración potencial máxima
En cuanto a la variación del CN por las características del suelo y su uso o cubierta vegetal, existen numerosas tablas de clasificación en la bibliografía. En este caso, se consultaron las tablas de tres autores distintos: Ven Te Chow (Hidrología Aplicada), Bureau Of Reclamation (Diseño de Presas Pequeñas) y Orsolini, Zimmermann y Basile) (Hidrología Aplicada).
En varios aspectos las tablas son similares, a excepción de la tabla elaborada por Orsolini, Zimmermann y Basile, que incluye la clasificación de los suelos según la pendiente del terreno, elemento que en este caso, es de gran trascendencia.
En la figura que sigue, se muestra la tabla elegida para la selección del CN.
Los suelos de la zona corresponden los de los grupos B - C, y su caracterización según Orsolini, Zimmermann y Basile, al Identificador B, correspondiente a suelos accidentados rocosos dentro de zonas de serranías y montañas.
Entre las opciones del identificador B, las B1, B3 y B5, corresponden a terrenos de fuerte pendiente como el que nos ocupa.
Los valores de CN en estos casos son altos, y varían entre 79 y 90, adoptándose dentro de este rango el valor de:
CN = 84
C. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN
Se entiende por Tiempo de Concentración (TC), al tiempo que demoran los excedentes pluviales en acceder hasta la sección de control desde el punto más alejado de la cuenca, o por el camino más lento.
Existen también muchas expresiones para el cálculo del TC. La mayoría de ellas consideran como variables independientes a la longitud del recorrido superficial, y la pendiente de dicho recorrido, o el desnivel total entre extremos.
En el caso de las cuencas mayores del proyecto, este criterio puede ser razonable, dada la particular pendiente de las cuencas. Sin embargo, se ha preferido emplear una expresión desarrollada también por el S.C.S. que además de la longitud del recorrido y su pendiente, considera también la característica resistente del terreno, medida también por el valor de CN.
La expresión indicada es la siguiente:
Donde:
Tc: tiempo de concentración, en horas.
L: longitud del cauce principal, en km.
J: pendiente media del cauce principal (adimensional)
CN: número de curva medio de la cuenca.
El término entre paréntesis que incluye el valor de CN, se hace igual a la unidad para terrenos absolutamente impermeables (CN=100), pero se hace menor a la unidad a medida que el sistema suelo – cobertura es más permeable.
MÉTODO DE TRANSFORMACIÓN LLUVIA – CAUDAL
No existiendo aforos en todas las cuencas, la estimación de caudales esperables para distintas condiciones debe realizarse mediante algún método indirecto de transformación Lluvia – Caudal.
El método elegido es el del Hidrograma Triangular Sintético elaborado por el Soil Conservation Service, ponderando la precipitación efectiva, mediante el método de las curvas CN.
El hidrograma triangular sintético propuesto por el S.C.S., queda definido por las siguientes ecuaciones:
siendo:
Tp: tiempo al pico del hidrograma (Hs).
D: tiempo que dura el exceso de precipitación (precipitación neta) (Hs).
Tc: tiempo de concentración de la cuenca (Hs).
Tb: tiempo de base o base del hidrograma (hs).
Qp: Caudal de pico (m3/s).
q: Precipitación neta (mm).
A: Área de la cuenca (Km2).
El propio S.C.S. ha desarrollado la metodología para el cálculo del hidrograma correspondiente a un hietograma cualquiera, por composición de los hidrogramas triangulares sintéticos correspondientes a cada período de exceso de precipitación.
Para cada intervalo de precipitación, estima la precipitación neta y compone el hidrograma total por suma de los hidrogramas triangulares de cada intervalo.
En este caso, el cálculo de caudales se realizó mediante el método del SCS (TR-20) y con auxilio del modelo Storm and Sanitary Analysis.
El criterio sugerido por el S.C.S. es que la duración total de la tormenta, debe ser como mínimo de 1.5 veces el TC, y el paso de tiempo de cada intervalo de precipitación, menor a 1/5 del mismo TC.
Para unificar duraciones y paso del hietograma, se adoptaron las tormentas de 4 horas de duración con paso de 10 minutos.
Los hietogramas generados se cargan al modelo como precipitación acumulada, resultando las siguientes gráficas:
Los datos de las cuencas se ingresan en planillas adecuadas como la que se muestra por ejemplo:
Luego de la corrida, el modelo muestra el total de la precipitación, la proporción que escurrió efectivamente, la parte retenida y el caudal de pico. A su vez es posible observar los hidrogramas completos de cada cuenca.
DIMENSIONADO DE LAS OBRAS
A. CRITERIOS DE DISEÑO
Se adoptaron diversos criterios de diseño con el objeto de uniformizar las características generales de las obras proyectadas a todos los tramos estudiados.
Los más importantes se resumen a continuación:
- La sección transversal incluye una cuneta lateral del lado de aguas arriba.
- La recurrencia de diseño para alcantarillas y badenes es de 5 años.
- Todos los cruces se resuelven con alcantarillas tipo de Caños de Chapa Ondulada, según plano tipo de la DNV, o con badenes transversales tipo vado.
- El diámetro mínimo de las alcantarillas es de 1.00m y la tapada mínima, de 0.30m, según el plano tipo de la DNV.
- Definida una cuenca de aportes a un punto determinado de cruce, la solución puede ser una alcantarilla o un badén, dependiendo del tamaño de la cuenca, y de la diferencia de nivel entre la rasante y la cota de desagüe, según los siguientes criterios:
- Si la cuenca es grande (más de 8 a 10 Ha) y la diferencia de altura entre la rasante y la cota de desagüe es pequeña (menos de 1.50m), se coloca un badén.
- Si la cuenca es grande (más de 8 a 10 Ha) y la diferencia de altura entre la rasante y la cota de desagüe es grande (más de 1.50m) se coloca una alcantarilla.
- Si la cuenca es pequeña (menos de 6 a 8Ha) y la diferencia de altura entre la rasante y la cota de desagüe es grande (más de 1.50/2.00m) no se coloca obra de cruce. Se asume que el volumen de agua (muy reducido) puede almacenarse completamente en la depresión confinada por el camino, hasta su posterior eliminación por transporte vertical (Evaporación e Infiltración). (Se ejemplifica un caso al final de este punto).
- En algunos casos, cuando la obra es en desmonte, la cuneta colectará los excedentes que acceden al camino transversalmente para conducirlos hasta la siguiente obra de cruce.
- En esos casos, si en el trayecto hacia la obra de cruce el camino corta un bajo de gran altura Rasante/Desagüe, se asume que el agua transportada pude quedar atrapada en esa depresión, lo que reduce la cuenca de aportes al siguiente cruce.
- Esto genera la aparición de zonas (cuencas) que vuelcan a la traza del camino, pero no pertenecen a ninguna cuenca en particular (tramos sin obra de cruce).
- En un caso (Tramo 5), se produce el cruce con un curso de cuenca muy importante, cuyo cauce no está definido, sino que es difuso, de baja altura y gran ancho. En ese caso, se propone una defensa transversal larga o badén de gran longitud (40m).
Un ejemplo de casos en los que no se ha colocado alcantarilla, puede verse observando el Tramo 2, entre progresivas 10+450 y 10+950 que se muestra en la figura:
La superficie de la cuenca indicada es de unas 1.1 Ha, pero existen en el tramo 4 puntos de concentración de excedentes próximos al camino.
Si se observa la altimetría del mismo tramo (entre líneas gruesas verdes), se observa que en esos cuatro bajos, las alturas entre la rasante y el terreno natural son de 3.80, 7.60, 11.10 y 4.80m respectivamente (según progresivas crecientes).
Como también se muestra en los cálculos de caudal que se presentan más adelante, para el evento de diseño de las obras de cruce (tormenta de 4 horas de duración y recurrencia 5 años), la precipitación efectiva, descontadas las pérdidas, resulta de 5.99mm. Aplicada esta lámina a la superficie de la cuenca, resulta un volumen excedente de 65 m3 de agua. Una determinación expeditiva del volumen que podría almacenarse en cada cuña de acumulación, indica que el espacio disponible es muy superior al excedente.
Este criterio significa un ahorro importante en obras de cruce (alcantarilla), considerando que solo en este tramo, se hubiera requerido la colocación de 4 alcantarillas de sección mínima, de 1.00m de diámetro y ubicadas a 100m de distancia entre sí.
B. DIMENSIONADO DE LAS ALCANTARILLAS
Para la definición de la sección de alcantarilla, se adoptó como condición de cálculo, una alcantarilla horizontal con funcionamiento libre en la entrada y la salida, lo que en general, está del lado de la seguridad, ya que la pendiente suele ser mayor a cero.
La carga aguas arriba se sumió igual a 1.50D, lo que asegura el funcionamiento sin ahogar la entrada. Aguas abajo, se asumió descarga libre dada la fuerte pendiente transversal disponible.
Mediante aplicación del Modelo Culvert Master, de Haestad Methods se confeccionaron curvas de funcionamiento para alcantarillas de distintos diámetros, cuyas gráficas se muestran en el siguiente gráfico:
Puesto en forma de tabla, para los diámetros considerados resultan los siguientes caudales máximos, para alcantarillas de solo un caño:
Determinado el caudal a evacuar y en función de la altura disponible entre la rasante del camino y la cota de desagüe, se elige la alcantarilla más conveniente. Si el caudal requerido es superior al admisible de la alcantarilla mínima, se puede optar por una alcantarilla de múltiples caños, u otra de mayor diámetro, según sea la altura disponible y manteniendo una revancha razonable.
C. COLOCACIÓN DE DEFENSAS EN EL PIE DEL TALUD
En varios tramos ocurre que la traza se desarrolla en forma paralela a un cauce natural de importancia.
En estos casos, se entendió conveniente verificar los posibles efectos erosivos que podrían afectar el pie del talud del camino, en caso de crecidas extraordinarias.
En efecto, si el pie del talud fuera alcanzado por la corriente del rio principal, y tratándose de cursos de montaña usualmente de muy alta velocidad, podría producirse el arrastre de material del talud, lo que podría poner en riesgo su estabilidad.
En caso de producirse una falla de este tipo, es posible que el daño alcance tramos de longitud variable del camino. A diferencia del daño que podría generar una falla en una obra de cruce (daño puntual), estas fallas podrían involucrar cientos de metros de camino. Por esta razón, la condición de verificación elegida es mucho más exigente, empleándose eventos extraordinarios de 100 años de recurrencia.
Para todos los cursos naturales próximos a la traza, se seleccionaron secciones de control conservadoras (en general la correspondiente a la cuenca total considerada) y se calcularon los valores de pico esperables para un evento de 100 años. A partir del modelo digital del terreno obtenido del relevamiento de campo, se generaron perfiles transversales cada 50 metros y muy anchos, de modo de incluir el cauce del rio o arroyo cercano.
Estos perfiles fueron exportados según las herramientas del Programa Civil 3D, a un formato gis (*.geo) que puede ser leído por el Modelo Hec-Ras, que es el más difundido para verificación de conducciones a cielo abierto, tanto en régimen uniforme o variado y permanente o impermanente.
El Hec-Ras permite determinar, para un caudal o hidrograma de caudales dado, el tirante líquido esperable en cada sección, la velocidad media de la corriente o la velocidad en distintas fajas de la sección hidráulica.
Por simplicidad (y del lado de la seguridad), se simularon todos los tramos para el caudal máximo al final de cada tramo, y en régimen permanente.
Hechas las corridas correspondientes, se comparó la cota del pelo de agua con cada perfil transversal del proyecto. En todos los casos en que el pie del talud resulta interfiriendo directamente con el flujo del curso natural, se recomendó la colocación de protecciones sencillas, de colchonetas de 0.17m de espesor y 2m de ancho, colocadas con su eje longitudinal paralelo al camino y cubriendo el pie del talud. También en varios casos, cuando el tirante resultaba cercano al pie del talud, aún sin alcanzarlo, se recomendó de todas formas la colocación de estas protecciones, ya que su costo es insignificante frente a la magnitud de la obra, y el daño eventualmente evitado, es considerable.
RESULTADOS OBTENIDOS
En los puntos que siguen, se resumen los resultados obtenidos para cada tramo. Para el Tramo 1, se define en detalle la metodología completa, pero en los otros se resumen los resultados en tablas más simples.
Las cuencas mencionadas se pueden identificar en los planos de cuencas que se adjuntan. (Planos H-2 y H-3).
TRAMO 1
El denominado Tramo 1 se desarrolla entre progresivas 0 (coincidente con la Progresiva 3900 del Tramo 6) y la progresiva 9572.
Desde la Progresiva 0 hasta la 1400, la traza se desarrolla paralela al cauce principal del Rio, que a esa altura, colecta los excedentes de las dos cuencas identificadas como Cuenca I y Cuenca II en el Plano H-1 de Macro Cuencas. Desde la Progresiva 1400 hasta el final del tramo, se desarrolla paralelo al brazo que conduce solo los excedentes de la Cuenca II.
La verificación de posibles efectos erosivos sobre el pie del talud, se realizó para el primer tramo (0-1400) aplicando el caudal correspondiente a la cuenca suma de las Cuencas I y II, y desde allí hasta el final del tramo (1400-9561), con el caudal correspondiente al total de la Cuenca II, lo que nos coloca ampliamente del lado de la seguridad.
Los aportes de las cuencas menores, perpendiculares a la traza, son en general de escasa magnitud, por lo que el tramo lleva en su mayoría alcantarillas de la dimensión mínima adoptada (D=1.00m), a excepción de los cruces de progresivas 7016 y 7691, casi al final del tramo.
En la planilla que sigue, se resumen los datos geomorfológicos completos de todas las cuencas definidas para este tramo, sus tiempos de concentración y sus caudales de pico esperables para las recurrencias de diseño, obtenidos o calculados de acuerdo a la metodología general descripta más arriba.
El dimensionado de las alcantarillas de cruce se resume también en la tabla que sigue:
En cuanto a la verificación de los posibles efectos erosivos sobre el talud, se corrió el modelo Hec Ras, pero utilizando perfiles transversales mucho más anchos que los empleados para el diseño vial, de modo de incluir la totalidad del cauce que se desarrolla cerca del talud.
La salida del modelo permite visualizar rápidamente los tramos donde podría ser factible alguna incidencia del escurrimiento sobre el pie del talud, observando los perfiles transversales de salida, cuya gráfica es por ejemplo, para la progresiva 8.250, la siguiente:
En este caso, los perfiles son de 150m de ancho a cada lado del curso, lo que significa que el eje de la obra se ubica en la progresiva 150. El pelo de agua (apenas visible) se extiende cerca del eje. Por lo tanto, esta sección se analiza en el perfil del proyecto vial, con el terraplén y la calzada, aunque de menor ancho.
La cota de pelo de agua estimada por el modelo se representa sobre el perfil del proyecto vial, como en este ejemplo:
En rigor, el pelo de agua no alcanza el pie del talud, aunque se acerca mucho. En este caso, se asume como condición de seguridad colocar la defensa de colchonetas desde el perfil anterior y hasta el siguiente.
TRAMO 2
El Tramo 2 se desarrolla entre progresivas 10.000 y 18.050. Muy cerca del inicio, (progresiva 10.185) tiene un cruce transversal importante. Luego, se desarrolla paralelo a uno de los brazos de la nacientes del rio hasta la progresiva 14.050, donde cruza ese curso principal, para entrar en una zona de curvas y contra curvas que genera el cruce de los mismo cauces menores, en distintos puntos de su recorrido.
En el Plano de Sub Cuencas se identifican los cruces con el criterio de numeración adoptado, pero en la figura siguiente, (solo para este tramo tan particular), se indican sub sectores que quedan incluidos dentro de cada cruce.
Por ejemplo, el cruce 2-21, involucra un sub sector identificado con el número 19, pero el cruce 2-18, ubicado aguas abajo del anterior, incluye el sub sector 19 y el 18. El cruce 2-13 (aguas abajo), involucra a los dos sub sectores anteriores, más el número 17, y finalmente el cruce 2-12, involucra a cuatros subsectores: 19, 18, 17 y 16.
Los cálculos de caudal en este caso resultan:
Y el dimensionado de las alcantarillas:
La seguridad de los taludes se verificó para un caudal igual a la suma de los caudales de pico de todas las subcuencas, lo que obviamente es mucho más exigente que la realidad esperable. Aun así, el pelo de agua en crecida se ubica muy lejos del pie del talud, a excepción de algunos lugares en los que el proyecto vial requiere la colocación de muros de contención, lo que hace innecesaria la colocación de defensas.
Solo se proponen defensas en dos cruces, por ser estos muy anchos, para evitar la posible erosión de las zonas de aproximación y expansión de la salida.
TRAMO 3
El Tramo 3 se desarrolla entre progresivas 20.000 y 30.157. En el inicio, se ubica prácticamente dentro de una cañada natural, pero con una cuenca muy reducida, que genera caudales no significativos como para producir efectos erosivos sobre el talud.
Pero a partir de la progresiva 23.000 aproximadamente, se ubica paralelamente a un curso de mayor jerarquía. Este tramo fue evaluado simulando el escurrimiento a superficie libre del curso mediante Hec-Ras, y aplicando el caudal total de la Cuenca III, que en realidad debería impactar mucho más abajo.
Los cálculos de caudal en este caso resultan:
Y el dimensionado de las alcantarillas:
La verificación del efecto erosivo sobre los taludes, mostró dos lugares en los que se recomienda colocar defensas al pie del talud: en proximidades de las progresivas 23.600 y 26.150 (excluyendo algunos tramos en que el proyecto vial prevé un muro).
TRAMO 4
El Tramo 4 se desarrolla entre progresivas 30.000 y 39.843.
Tiene la particularidad de que se desarrolla casi en su totalidad, muy cerca de los cauces naturales existentes, pero a partir de la progresiva 34.500 aproximadamente, se recuesta sobre la margen derecha del curso que desagüe la Cuenca IV completa, de más de 3700 Ha.
Por eso, y de acuerdo a los resultados de la modelación Hec-Ras se ha recomendado la colocación de protecciones al pie del talud en largos tramos del recorrido, según el siguiente detalle:
Los cálculos de caudal en este caso resultan:
Y el dimensionado de las alcantarillas:
La cuenca 4-4 se desagua mediante tres obras de cruce, que en crecida pueden funcionar en forma conjunta.
TRAMO 5
El Tramo 5 se desarrolla entre progresivas 40.000 y 49.758.
El funcionamiento hidráulico de este tramo es completamente diferente al de todos los otros tramos del proyecto.
La traza sale de la zona de montaña para entrar en el pedemonte, donde los cursos se transforman en conos de deyección sin cauces definidos y pendiente muy inferior a la de la zona de montaña.
Aproximadamente un tercio del tramo (hasta progresiva 43.600 aproximadamente) se desarrolla en forma oblicua con las curvas de nivel, que ahora son prácticamente paralelas entre sí. El flujo de los eventuales excedentes es oblicuo, pero sobre el lado derecho del camino.
Luego, aproximadamente la progresiva 46.800, la traza se orienta en forma perpendicular a las curvas de nivel, por lo que no es esperable la concentración de excedentes pluviales provenientes de los lados del camino.
A partir de la progresiva 46.800, la traza se desvía colocándose nuevamente en dirección oblicua a las curvas de nivel, pero ahora generando un posible acceso de excedentes del lado izquierdo del camino.
Cerca del final del tramo, la traza cruza un cauce natural muy tendido, prácticamente sin curso definido y de gran ancho. La cuenca de aportes de este curso es la más grande de todas las analizadas en el trabajo. Su extensión es del orden de las 100.000 Ha.
En todo el tramo, no existen grandes diferencias entre rasante y terreno natural, ya que el proyecto aquí se parece más a un proyecto vial de llanura, No existen cursos concentrados importantes, sino flujo mantiforme y en el mejor de los caso, oblicuo con el eje del camino.
Ante esto, los excedentes que pudieran acceder a uno y otro lado del camino, serían conducidos por las cunetas, generando posiblemente caudales grandes para las dimensiones de estas cunetas.
Se decidió hacer al camino “transparente” a los escurrimientos superficiales, colocando una serie de badenes aproximadamente equidistantes y en coincidencia con las escasas depresiones insinuadas en el terreno.
La cuenca del lado derecho (única) se evaluó de todas formas numéricamente, pero su caudal de pico se asume distribuido aproximadamente en partes iguales por 4 badenes en el primer tramo (flujo sur – norte). En el tercer tramo (flujo norte – sur), se colocaron dos badenes adicionales.
La Cuenca V, se calculó también en forma diferenciada a todas las otras cuencas del proyecto. Como se distinguen claramente dos zonas muy diferentes, se determinó el tiempo de concentración como suma de los tiempos de concentración de dos recorridos consecutivos: uno en la zona de alta montaña, y otro en la zona de conos de deyección. Esta segunda zona además, de muy inferior pendiente, amerita una valoración diferente del coeficiente CN, que en este caso se aproxima más a la categoría B2 de la tabla empleada, adoptándose un CN para esta zona de 76. Siendo las áreas de zona de montaña y pedemonte, aproximadamente igual al 50% del área total cada una, se adoptó un CN Medio de 80.
Los resultados de los cálculos se resumen en la siguiente tabla:
No hay en este caso cálculo de alcantarillas ni siquiera en el cruce de progresivas 49.000 (Cuenca V), ya que no habría altura donde ubicarla.
En este caso, se propone cubrir con una protección de colchonetas la franja del cauce existente (de muy baja altura) cuyo ancho es del orden de los 40m.
La ubicación de los badenes propuestos es la siguiente:
TRAMO 6
EL Tramo 6 no presenta particularidades especiales, y a pesar de desarrollarse paralelo a un curso importante, altimétricamente se ubica lejos del cauce principal sin riesgos de afectación al pie del talud.
Las Tablas de caudales y dimensiones resultan:
6. COMPUTOS MÉTRICOS
Para el cálculo de movimiento de suelos, terraplenes, desmontes y enripiado, se han tomado los datos de salida de Civil con perfiles cada 50 metros, con los siguientes totales de cada tramo.
En la siguiente tabla se resumen los resultados obtenidos (m3)
Por otra parte, se computaron las obras hidráulicas proyectadas que han sido representadas en los planos del proyecto. El detalle de cómputo es el siguiente:
Nota: En el tramo 5 no se proyectaron alcantarillas por no ser necesario.
Nota: Los badenes consisten en un espacio modificado del camino, rebajando la rasante para permitir el paso del agua en superficie. Los mismos no implican obras de hormigón.
Nota: Las defensas consisten en colchonetas de 0,17m de espesor y 2m de ancho.
7. DOCUMENTOS ELABORADOS
Memoria de Ingeniería
Planos Tipo
PTOB (Perfil Tipo de Obra Básica)
PTC (Alcantarilla de caño DNV)
MT (Muro tipo X-411 DNV)
Planimetría General
Tramo 1: PG-1-1
Tramo 2: PG-2-1
Tramo 3: PG-3-1
Tramo 4: PG-4-1
Tramo 5: PG-5-1
Tramo 6: PG-6-1
Planimetrías
Tramo 1: PL-1-1 a PL-1-8
Tramo 2: PL-2-1 a PL-2-4
Tramo 3: PL-3-1 a PL-3-7
Tramo 4: PL-4-1 a PL-4-7
Tramo 5: PL-5-1 a PL-5-8
Tramo 6: PL-6-1 a PL-6-2
Altimetrías
Tramo 1: Alt-1-1 a Alt-1-10
Tramo 2: Alt-2-1 a Alt-2-9
Tramo 3: Alt-3-1 a Alt-3-12
Tramo 4: Alt-4-1 a Alt-4-11
Tramo 5: Alt-5-1 a Alt-5-10
Tramo 6: Alt-6-1 a Alt-6-4
Perfiles transversales
Tramo 1: PT-1-1 a PT-1-12
Tramo 2: PT-2-1 a PT-2-10
Tramo 3: PT-3-1 a PT-3-15
Tramo 4: PT-4-1 a PT-4-8
Tramo 5: PT-5-1 a PT-5-7
Tramo 6: PT-6-1 a PT-6-5
Hidraulica
H1 (Cuencas gerales)
H2 (Cuencas de Tramios 6, 1 y 2)
H2 (Cuencas de Tramos 3, 4 y 5)
Alcantarillas
Tramo 1: Alc-2-1
Tramo 2: Alc-2-1 a Alc-2-2
Tramo 3: Alc-3-1
Tramo 4: Alc-4-1
Tramo 5: --
Tramo 6: PTC-6-1
Cómputos
Tramo 1: CT-1-1 a CT-1-3
Tramo 2: CT-2-1 a CT-2-2
Tramo 3: CT-3-1 a CT-3-3
Tramo 4: CT-4-1 a CT-4-3
Tramo 5: CT-5-1 a CT-5-3
Tramo 6: CT-6-1 a CT-6-2
OTROS DOCUMENTOS DEL PROYECTO PRESENTADO
Perfil Tipo de Obra Básica (PTOB)
Planimetrias
Altimetrias
Perfiles transversales
Planos Tipo
Imagenes
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